Dubbel drakar hjälper till att förklara könshormon hos reptiler

Den 18 augusti 2025 av GigaScience redigerad av Sadie Harley, granskad av Robert Egan vetenskaplig redaktör associerad redaktör denna artikel har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet. faktakollad granskad publikation korrekturläst Två olika studier publicerade i GigaScience presenterar de nästan kompletta referensgenomerna för den centrala skäggagamen (Pogona vitticeps), en allmänt förekommande art av draködla vanlig i centrala östra Australien och populär som husdjur i Europa, Asien och Nordamerika. Denna art har en ovanlig egenskap för en djurart: om denna ödla växer upp till att vara en hane eller en hona beror inte bara på genetik utan också på temperaturen i dess näste. Detta har länge gjort den till en användbar modell för att studera den biologiska grunden för könsspecifikation, och framstegen med enorma teknologiska förbättringar inom genomik har slutligen hittat en region av genomet och en potentiell huvudgen för könsspecifikation troligtvis central för manlig sexuell differentiering. Den oberoende verifieringen av detta av två olika grupper med två olika metoder gör detta till en mycket starkare upptäckt. Skäggagamen har ett ovanligt könsspecifikationssystem som påverkas av både genetik och miljöfaktorer, särskilt temperatur. Till skillnad från de flesta djur där kön endast bestäms av kromosomer kan skäggagamer ha sitt kön omvänd från hane till hona genom höga inkubationstemperaturer. Det betyder att en ödla med manliga kromosomer kan utvecklas till en reproduktivt fungerande hona om ägget inkuberas vid tillräckligt varm temperatur. Liksom fåglar och många reptiler har denna art ett ZZ/ZW-könkromosomsystem där honor har ett par olika ZW-kromosomer, och hanar har två liknande ZZ-kromosomer. Könsspecificeringen hos denna art är ytterligare komplicerad, eftersom ZZ genotypiska hanar kan omvandlas till fenotypiska honor vid höga inkubationstemperaturer utan hjälp av W-kromosomen eller W-länkade gener. Den nya ultralånga nanoporesekvenseringsteknologin gör det nu möjligt för oss att generera telomer-till-telomer (T2T) montering av könkromosomer och identifiera de icke-rekombinerande regionerna för att hjälpa till att begränsa fältet av kandidatgener som bestämmer kön hos arter med kromosomalt könsspecificering. Möjligheten för denna teknologi att bättre separera den maternella och paternella halvan av genomet tillåter nu mycket enklare jämförelser mellan Z- och W-sekvenserna för att bedöma potentiell förlust eller skillnad i funktion av nyckelgener för kön hos arten. Den första artikeln från forskare från BGI, Kinesiska vetenskapsakademin och Zhejiang University, använder DNBSEQ kortläsning kombinerad med långa läsningar från den nya CycloneSEQ nanopore sekvenseraren, vilket är det första djuret som publiceras med hjälp av denna teknik. Genereringen av den andra genomen leddes av forskare från University of Canberra, med bidrag till analyser från forskarna vid Australian National University, Garvan Institute for Medical Research, University of New South Wales och CSIRO samt Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i Spanien. Denna montering använder PacBio HiFi, ONT ultralånga läsningar och Hi-C sekvensering. Att ha referensgenomer publicerade med hjälp av dessa två olika tekniker tillåter en jämförelse av liknande för-första gången mellan ONT- och CycloneSEQ-teknikerna. Båda teknologierna kompletterar också varandra genom att undersöka frågan om könsspecificering med olika metoder. Den första genomet sekvenserade en ZZ-hane central bearded dragon för att karakterisera hela Z-könkromosomen för första gången medan den andra monterade genomet av en hona ZW-individ. Den nya nanopore-sekvenseraren möjliggjorde också återhämtning av cirka 124 miljoner baspar av tidigare obeskrivna och saknade sekvenser (nästan 7% av genomet), som inkluderade många gener och regulatoriska element för att bättre förstå det komplicerade könsspecifikationssystemet. Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymden med över 100 000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. Registrera dig för vårt kostnadsfria nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som betyder något dagligen eller veckovis. Båda projekten monterade 1,75 Gbp genomsekvenseringar av exceptionellt hög kvalitet för att montera alla utom ett av telomererna, och bara några få klyftor återstod, mestadels belägna på mikrokromosomerna. Att använda dessa data visade att de Z- och W-specifika könkromosomerna monterades i enskilda skelett, och en 'pseudo-autosomal region' (PAR) där könkromosomerna parar sig och rekombinerar detekterades också på kromosom 16.

Sequencing av den manliga draken av BGI-teamet letade efter gener specifika för Z men inte W-kromosomerna, och Amh och Amhr2 (Anti-Mülleriansk hormongen och dess receptor) plus Bmpr1a bestämdes som starka kandidater för könsbestämmande gener i denna art.

Sequencing av den kvinnliga draken av det australiensiskledda teamet pekade mot samma kandidat Sexbestämmande Region (SDR) av deras drakgenom, och belyste också Amh och Amhr2 som de mest sannolika kandidatgenerna.

Att studera uttrycket i olika utvecklingsstadier fann att Amh hade signifikanta manliga-biasuttrycksmönster, vilket gör det till den mest sannolika kandidaten som den ledande könsbestämmande genen.

Det differentiella uttrycket av en annan kön-relaterad gen, Nr5a1, i PAR, antyder att historien kan vara mer komplicerad, eftersom Nr5a1 kodar en transkriptionsfaktor med bindningsställen på Amhs promotorregion. Till skillnad från många fiskar som använder Amh-liknande gener i könsbestämning förblir de autosomala kopior av Amh och dess receptorgen Amhr2 intakta och funktionella.

Det kan vara så att kön bestäms av någon form av sammanträde mellan gener på könkromosomerna hos skäggagamen modererat av deras kvarstående autosomala kopior.

Därför är huvudpunkten med dessa samlingar upptäckten av genetiska element centrala för manlig könsdifferentiering hos ryggradsdjur, på könkromosomerna.

Generna Amh och den som kodar dess receptor AMHR2 har kopierats till Z-kromosomen i den icke-rekombinerande regionen, och är således uppenbara kandidater för den ledande könsbestämmande genen som fungerar via en dosbaserad mekanism i denna art, en upptäckt som har undgått upptäckt under så många år.

Ingen ledande könbestämmande gen liknande Sry hos däggdjur eller Dmrt1 hos fåglar har hittills upptäckts i någon reptilart. Detta nya arbete ger en tydlig kandidat i Amh, som finns i dubbel dos hos ZZ-hanen och enkel dos hos ZW-honan.

Arthur Georges från University of Canberra och huvudförfattare till den andra artikeln säger om nyttan med detta arbete: 'Vi förutser att forskningen i andra områden kommer att öka med tanke på dessa nyproducerade sammanställningar, som kranialutveckling, hjärnutveckling, beteendestudier, gen-gen och gen-miljöinteraktioner i jämförande studier av vertebrat könsbestämning och många andra områden som söker en välbefläckad ödlamodell att jämföra med deras modellarter, vare sig det är mus, människa eller fågel.'

'Jag slutar aldrig att förvånas över framstegens snabbhet inom kinesisk vetenskap. På relativt få år har BGI och dess partnerföretag utvecklat sekvenseringstekniker som levererar resultat som är lika bra, och genomströmning och kostnadseffektivitet som är bättre än konkurrerande teknologier på marknaden. Dessa genomiska sammanställningar vittnar om den nivån av prestation.'

Qiye Li från BGI och huvudförfattare till den första artikeln, huvudförfattare till det kinesiska projektet, förklarar deras motivering för att använda detta tillvägagångssätt: 'Vi beslutade att börja arbeta med skäggagamens genom förra året som det första djurgenomet för denna nya sekvenserare eftersom det var Drakens år i Kina.'

'Med fördelarna med de opartiska långa läsarna som tillhandahålls av CycloneSEQ-sekvenseraren fick vi lätt en mycket sammanhängande genomsammanställning och löste högt repetitiva och hög-GC-regioner som traditionellt varit utmanande att sammanställa. De två referensgenomerna, härledda från olika kön och genererade av olika tekniker, är verkligen kompletterande till varandra.

'Jag är exalterad över att båda genomerna pekar på den nyckelroll som AMH-signaler har i könsbestämningen för denna art. Men hur uppstod könkromosomerna? Vi räknar med att ytterligare högkvalitativa genom från besläktade arter kommer att ytterligare förklara den evolutionära uppkomsten av ZW-systemet och fullborda historien.'

Att ha två separata projekt som finner samma viktiga kandidatmastergener oberoende av varandra ökar markant förtroendet för dessa fynd. Och att öppet dela all data gör att andra kan bygga vidare på detta arbete, särskilt eftersom den exakta rollen för vissa av de andra bidragande transkriptionsfaktorer kopplade till könsbestämningen ännu inte är fullständigt löst.

Att generera dessa två nya högkvalitativa genomuppsättningar är emellertid ett enormt steg framåt mot att förstå hela berättelsen om könsbestämning hos denna art.

Mer information: Guo Q, et al., En nästan fullständig genomsammanställning av skäggagamen Pogona vitticeps ger insikter om uppkomsten av Pogonas könkromosomer. GigaScience (2025). doi.org/10.1093/gigascience/giaf079

Hardip Patel et al, En nära till-mit-kromosomfastrad genomuppsättning och annotering för den australiensiska centrala skäggagamen Pogona vitticeps, GigaScience (2025). DOI: 10.1093/gigascience/giaf085

Ett webinar med de två huvudförfattarna är organiserat för den 26 augusti klockan 10.00 UTC och ger dig möjlighet att ställa frågor om detta arbete.

Tidskriftsinformation: GigaScience

Tillhandahållet av GigaScience